派大星童年骗局:裤子穿错的尴尬

“是谁住在深海的大菠萝里?”

能把这句话唱出来的朋友,童年时期肯定少不了《海绵宝宝》的陪伴。片中,海绵宝宝的最强搭档派大星最爱的日常穿搭,当属那条花花绿绿的沙滩裤。

不过,要是现实中的海星像派大星这么穿裤子的话,那可就糗大了。

海星作为一种寒武纪时期就出现的棘皮动物,它的身体构造和人类有着天壤之别[1]。不同于人类生殖器和肛门一前一后,海星的羞耻部位不是位置奇特就是数量众多。

首先,海星的肛门,很不巧和嘴长成了一对“背对背拥抱”的“邻居”。

作为以身体中心为轴呈辐射对称的海星,仅有的一个肛门和一张嘴分别位于身体背面和腹面的中心[2]。遇到贻贝等贝类,或者比自己体型还大的食物,海星就会把胃从腹面的嘴中吐出来。在外消化了大部分后再收回嘴里,最终从背面的肛门排泄残渣[2]。

在海星柔软的腹面,藏在中心的小嘴等待着下一餐猎物的出现 / Unsplash

而比海星的肛门更奇特的,是它的生殖器。

一般而言,长着五条腕的海星共有10条性腺,分别分布在每个腕臂的左右两侧[3]。海星在交配时,卵细胞和精子会从这10条性腺中喷涌而出,在海水中完成受精[4]。数量充足的性腺,也给予了海星强悍的生殖能力。有研究表明,一只400克的雌性海星最多能产下40,000,000个卵[4]。

可见,派大星那种穿裤子的方式,是妥妥把沙滩裤穿成了“开裆裤”。此外,这样穿裤子反而还遮住了海星真正的腿——管足。

在海星五条腕臂的腹面上,像“金针菇”的触须就是它的管足 / Unsplash

管足是海星腕臂腹侧上伸出的小触须,平均每一条腕臂上有60只[5]。管足可以在肌肉的控制下收缩和弯曲,也可以通过水压来伸展。在海星静止时,管足缩进腕臂上的缝隙里;当海星开始移动时,管足会先随机摆动,再组织出协调的运动[5]。

不过,一般我们观察到的是比管足运动更高层次的腕臂运动。运动时的海星会将两条腕向前,另两条腕在侧后方,一条腕在正后方[6]。其中,五条腕中的任意一条都可以作为运动中的主导腕[7]。

如果派大星翻面了,他会靠五条腕臂矫正,重新让腕臂腹侧的管足接触地面 / [5]

也就是说,即便是把腕臂当成海星的腿,它们也没有所谓的上下之分,只取其中两条套上裤子,显然是对其他三条腕不够尊重。

我们自然地认为海星有上下左右之分,是因为生活中常见的生物都是呈两侧对称的。

就好比猫、狗、老鼠或者蟑螂,它们的体型呈现通常分为前脑、中脑和体躯三段[8]。其中,前两段属于我们俗称的头部,而体躯部分的末端就是穿裤子的尾部。

这样前后串成的一条轴,叫头尾轴。在生物体发育的过程中,轴上的每一段都有对应的基因通过表达来构建身体部位,最终形成成年体的完整头尾形态[9]。

鱼类等脊椎动物具有两侧对称的身体结构,是生物进化的高级阶段 / Unsplash

通常而言,发育过程中,一旦表现出两侧对称形态,成体就会延续这种结构[10]。但海星的迷之形态发育则让研究者摸不着头脑。

在幼年时期,海星的身体是两侧对称的,并且一些两侧对称动物所具有的特质仍旧保留在成体海星中[6]。但是,成体海星在整体上却变成了辐射对称结构[6]。而这样的变化,也让海星的头、躯干的分布成了一个迷。

在形态学领域中,研究者曾提出过不同的假说来解释海星的头尾分布情况[11][12]。但最近《Nature》上一项颠覆性研究表明,海星其实浑身上下都是脑子,没有躯干[8]。

研究者根据不同的假说,模拟出了海星从头到尾的身体形态分布情况 / [8]

科研人员通过绘制出成体海星身上不同方向的基因表达发现,人类及其他两侧对称动物“前脑”对应的基因,在海星腕臂的中线处表达;与“中脑”对应的基因,则在腕臂的外胚层处表达。

更令人惊奇的是,海星“从头到脚”都找不到躯干相关的基因表达,只有最外层薄薄的一层组织表达了通常对应着头和躯干分界线的基因[8]。

形态发育过程最接近“堆积假说”,但没有假说中躯干部分基因的表达 / [8]

这样来看的话,派大星的沙滩裤没穿在腿上,而是套在了脑袋上。

不过,不论这条裤子穿在哪里,海星可能都不买账。

作为一种常在大海涨潮区和退潮区出没的潮间带生物,海星喜阴冷,对温度变化非常敏感[13]。人类的体温,对海星而言已经是致死温度[14]。

为了躲避可能出现的“高温”,90% 的时间里它们都宁愿处在低于最佳温度范围的环境中。而在退潮期间,从海里切换到陆地模式所带来的环境温度剧变,也促使海星尽可能地寻找礁石底部,在阴凉处歇脚[15]。

在水族馆饲养海洋生物时,应尽量维持与它们生存环境接近的含盐量和水温 / 图虫创意

当然,光靠环境的调整远远不够,海星的体温调节更多还得靠自己。

水分蒸发是海星的常规操作。在25度以上的环境中,海星会舍弃掉10%-30% 的身体水分用来降温[16]。同时,五条腕臂也是帮忙散热的大功臣。海星能够通过让腕臂以不同的速率升温,来调节它身体中心部分的温度,确保体内重要器官的正常运转[16]。平均而言,活着的海星中心部分的温度要比五只腕臂的温度低3-5摄氏度,但死后则呈现出与此相反的趋势[16]。

这个时候,给海星们套上裤子,就算是薄薄的沙滩裤,人家也可能觉得闷着了。

如果仅仅是闷着了也就算了,关键是散热的速度要是赶不上环境升温的速度,事情可能就会朝着人类想象不到的方向发展。

理想情况下,海星最愿意待在15度左右的海水中[17],但持续的“高温”则会导致海星被迫断“臂”求生。一项以70只在太平洋海域十分常见的赭色海星为对象的研究表明,虽然海星的腕臂能够保持在35摄氏度的温度并持续数天,但通常来说,最终至少有一只会变得柔软,并自行脱落[16]。

当中心部分温度超过35℃时,海星体内很多重要的器官已经无法正常运转 / [16]

更何况,失去一只腕对海星的生殖力和能量存储来说,都是巨大的损失。因为每一只腕上都有性腺以及储存资源的“小袋子”[18][19]。就算海星具有断“臂”再生的能力,这个过程通常会耗上它大半年[20],再怎么说都是得不偿失的。

为了一条裤子,海星不至于这么伤筋动骨地委屈自己。

或许,相比穿着那条经典的沙滩裤晒太阳,派大星更适合在珊瑚礁上凉爽地裸奔。

参考文献

[1]Erwin,D., Valentine, J., & Jablonski, D. (1997). The origin of animalbody plans: recent fossil finds and new insights into animaldevelopment are providing fresh perspectives on the riddle of theexplosion of animals during the Early Cambrian. American Scientist,85(2), 126-137.

[2]RudyJr, P., Rudy, L. H., Shanks, A., & Butler, B. (2013). Pisasterochraceus. Oregon Estuarine Invertebrates, Second Edition.

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[17]Sanford,E. (2002). Water temperature, predation, and the neglected role ofphysiological rate effects in rocky intertidal communities.Integrative and Comparative Biology, 42(4), 881-891.

[18]Barrios,J. V., Gaymer, C. F., Vásquez, J. A., & Brokordt, K. B. (2008).Effect of the degree of autotomy on feeding, growth, and reproductivecapacity in the multi-armed sea star Heliaster helianthus. Journal ofExperimental Marine Biology and Ecology, 361(1), 21-27.

[19]Lawrence,J. M., & Lane, J. M. (2020). The utilization of nutrients bypost-metamorphic echinoderms. In Echinoderm nutrition (pp. 331-371).CRC Press.

[20]Lawrence,J. M. (2020). Arm loss and regeneration in Asteroidea(Echinodermata). In Echinoderm research 1991 (pp. 39-52). CRC Press.